川西地区深层致密砂岩气氮气钻完井试验及发展建议

深层低渗致密砂岩气藏基质黏土胶结物含量高、孔喉细小、低渗透率、低孔隙度、强亲水,采用常规水基工作液勘探开发易产生储层伤害,且伤害后渗透率难以恢复。氮气钻完井技术可从根本上避免钻井液中的固液相侵入引起储层损害,有效保护储层,提高单井产量。文章回顾了近年来氮气钻完井技术开发深层致密砂岩气的实践应用情况,从储层保护、及时发现气层、自然建产、提供地质甜点依据、为气藏富集规律确定提供辅助依据五个方面系统评价该项技术开发深层致密砂岩气的效果,同时针对井眼轨迹控制、井壁失稳及井下岩爆诱发卡钻、钻杆完井和井位及井段优选四个方面阐述了将来氮气钻完井技术的研究方向,以期为四川盆地须家河组致密砂岩气及国内外其他相似气藏的高效开发提供借鉴。

注氮气机抽防腐防垢一体化管柱的研制与应用

针对塔河油田注氮气机抽井井筒及井下工具严重腐蚀结垢,易造成抽油泵卡泵、封隔器解封困难等井下故障的问题,在现有技术的基础上,优化改进结构、技术创新,研制了一种注氮气防腐防垢机抽一体化管柱。该管柱包括注气防垢杆式泵、防腐封隔器等关键工具,注气防垢杆式泵优化改进了柱塞和泵筒的结构,泵筒上部设计注气孔、下部设计封堵筒,柱塞下部设计密封堵头,注气时柱塞下部堵头将进油通道密封,能防止高压油液倒灌进入泵腔发生腐蚀结垢,消除柱塞下放失败的风险;防腐封隔器采用新型护肩式的胶筒组件及双“O”型圈、双向支撑密封结构、分级解封机构和分体式双向卡瓦锚定结构,提高封隔器胶筒的耐腐蚀性能、降低上提解封力和保证卡瓦锚定性能。经过理论校核和室内模拟试验均满足现场需求,现场应用表明,该管柱坐封、解封及注气均正常,转采成功率100%,满足开发需求,解决了注气腐蚀结垢卡泵和封隔器解封困难的工程难题,具有很高的推广价值。

迪北区块深层致密砂岩气藏氮气钻完井技术应用及认识

针对塔里木油田迪北区块目的层阿合组致密砂岩储层岩性致密、地层压力高、煤层发育,应用常规液体介质的钻完井技术对储层损害严重,为此特引入氮气钻完井技术,并在DX1井开展现场试验,获得日产气量82.39×104m3,日产油量100.8 m3的高产。但由于地层岩性的复杂性,氮气钻完井过程中,出现了井壁垮塌严重、内防喷工具失效、井控装备冲蚀等问题,制约了氮气钻完井技术在该区块的推广应用。通过对井身结构、钻具组合、井口装备、排砂管线、内防喷工具以及配套工艺流程等关键工艺、装备的改进优化,形成适用于高压高产深层致密砂岩储层的氮气钻完井配套工艺技术,并在DB104井开展了现场试验,试验效果显著。与同区块液体介质钻井的钻完井方式相比,DB104井日产气增加了400余倍,日产油量增加了6倍。通过DX1井和DB104井证明,只要工艺、装备、措施得当,氮气钻完井技术在迪北区块这类高温高压深层致密砂岩气藏中对储层具有重要的保护作用,可为塔里木油田乃至全国高压高产致密砂岩储层的高效勘探开发提供技术支撑。

半导体光催化氮气还原合成氨的研究进展

光催化固氮技术以清洁的太阳能作为驱动能源,使用丰富的氮气和水作为原料,秉持绿色可持续的发展原则,是一项富有潜力的氨合成技术。然而,光催化氮气还原反应效率普遍较低,严重制约了该技术的应用与发展。本研究在介绍氮气还原过程的基础上,指出目前光催化固氮体系面临的主要挑战,围绕增强光吸收、加速光生电荷的分离与转移和促进N_(2)吸附活化方面,结合近几年文献报道的光催化固氮典型案例重点综述了半导体材料的改性策略,最后对该领域的未来发展趋势进行了分析与展望。

超稠油老区氮气辅助VHSD开发数值模拟

转直井辅助水平井重力泄油(VHSD)开发方式已成为超稠油老区进一步提高区块采油速度、油藏采收率的重要调整手段。氮气辅助VHSD的增能提压、顶部隔热效应可有效解决超稠油老区吞吐后压力保持程度低、驱泄操作压力低、蒸汽腔温度低的问题,进而实现节约蒸汽用量、提高产油水平、提升油汽比和减耗降碳的目的。以克拉玛依油田九区某VHSD开发单元为例,采用数值模拟方法分析了在氮气辅助VHSD开发过程中注氮时机、注氮方式、注氮量等参数对提压增能、建立隔热层的影响,以及采出速度和累计注采的变化特点。研究表明,转驱泄初期采用段塞方式注入氮气可有效建立隔热层;矿场试验表明,井组油汽比提升0.025,日产油提升0.7 t,取得了较好的应用效果。研究成果为同类型超稠油老区氮气辅助VHSD效益开发提供了技术借鉴。

抗氧化剂对富氮气调散气后片烟储存质量的影响

利用3种不同抗氧化剂的高、低2种浓度分别作用于片烟,探究富氮气调养护片烟在散气后的品质变化。以持续富氮气调养护28个月的云南文山C3F复烤片烟为试验材料,分析碘值、pH、色差值、多酚氧化酶活性的变化情况。不同处理组对减缓自然放置3个月的烟叶碘值增幅的效果为Ve-环糊精复合物处理>富氮气调处理>0.75 g/L Ve>0.75 g/L Vc>0.075 g/L Vc/0.075 g/L Ve。自然放置6个月后高浓度的Ve和Vc处理效果最佳。Ve-环糊精复合物处理下样品的pH下降速度最慢,对样品的原pH维持效果最佳。低、高浓度的Ve和高浓度Vc、Ve-环糊精复合物的处理均可提升散气后自然放置6个月内的烟叶的色度。自然放置6个月后,高浓度的Ve处理下多酚氧化酶的活性最低。3种抗氧化剂均能有效延缓富氮气调储存烟叶散气后自然放置状态下的性质变化,且高浓度的Ve对烟叶感官评价结果的影响最小。

氮气双膨胀制冷提氦联产乙烷工艺设计与优化

国内某气田天然气中乙烷和氦气含量(物质的量分数)逐年升高,回收价值凸显。提出了一种氮气双膨胀制冷提氦联产乙烷工艺,采用HYSYS软件对该工艺进行了流程模拟,并对工艺流程的关键参数(低温分离器温度、脱甲烷塔塔顶回流比、二级提氦塔进料温度、二级提氦塔塔顶回流比、氮气膨胀端入口压力、氮气膨胀端出口压力和氮气制冷剂流量)对工艺指标的影响规律开展了研究。基于最优化理论,以C_(2)收率最大和二次粗氦浓度最大时装置总能耗最小为目标,采用Back Propagation(BP)神经网络算法对关键参数进行了寻优。结果表明,装置总能耗主要受低温分离器温度、氮气膨胀端出口压力和氮气制冷剂流量影响,C_(2)收率主要受低温分离器温度和脱甲烷塔塔顶回流比影响,氦收率主要受二级提氦塔进料温度影响。关键参数最佳组合为:低温分离器温度为-95.30℃,氮气制冷剂流量为1549.22 kmol/h,氮气膨胀端入口压力为3.25 MPa,氮气膨胀端出口压力为0.44 MPa,脱甲烷塔塔顶回流比为0.13,二级提氦塔进料温度为-150.57℃,二级提氦塔塔顶回流比为0.80。相比于优化前,优化后装置总能耗降低了1.46%,C_(2)收率提升了5.64%,二次粗氦浓度(物质的量分数)提升了1.81%。

超低露点氮气瓶干燥工艺研究

超低露点氮气瓶的干燥工艺包括正压置换、抽空、吹扫等,对这几种工艺方法进行了比较,并提供了氮气消耗、抽空和充放气时间等计算方法,确定了采用置换、抽空和热氮气吹扫相结合的方式来控制气瓶中氮气的水含量。通过现场试验验证,保证了气瓶中的氮气露点达到技术指标的要求。

半钢子午线轮胎全氮气硫化工艺研究

对蒸汽/氮气硫化工艺与全氮气硫化工艺进行对比,并对205/55R1691V半钢子午线轮胎采用两种硫化工艺进行硫化测温和分析。结果表明,相对蒸汽/氮气硫化工艺,采用全氮气硫化工艺轮胎的上下模温差较低,硫化时间缩短,各部位硫化程度符合要求,成品轮胎性能提高,单胎硫化能耗成本降低40%。

氮气钻井岩爆动力学演化机制的数值模拟及岩爆实录特征分析

为了厘清氮气钻井井底岩爆动力学演化机理,应用多物理场耦合分析软件COMSOL Multiphysics 4.3,建立井底逐渐接近裂缝的数值模型,基于致密砂岩岩体内部微裂缝起裂时对应的等效塑性应变为判断标准,分别应用CWFS(cohesion weakening and frictional strengthening)-DP(Drucker-Prager)内聚力弱化摩擦力强度准则、DP强度准则及MC(Mohr-Coulomb)强度准则进行平行数值计算,得出了氮气钻井井底岩爆的动态演化过程。结果表明:井底逐渐靠近裂缝过程中致密砂岩基质会产生两种不同的破坏方式,即是沿着潜在剪切面,向井筒剪切滑移破坏及应力集中条件下的微剪切方式的挤压屈服破坏,直至破坏区延伸连通低压井筒,裂缝内的高压气体及岩爆碎屑释放大量能量,产生井底岩爆。研究成果可系统解释X8-2井井底岩爆发生前后随钻监测参数的异常变化,为准确判断氮气钻井井下工况提供了理论支撑,同时为及时采取针对性的对策措施提供了依据。

阳极闭口模式下质子交换膜燃料电池氮气渗透

质子交换膜燃料电池(PEMFC)阳极闭口模式潜力巨大,但该模式下运行会引发氮气从阴极向阳极的渗透,导致阳极氢气的摩尔分数降低,PEMFC性能下降,针对这种情况可通过吹扫恢复PEMFC的性能。搭建了阳极闭口模式测试系统,在不同操作条件下进行阳极闭口模式实验,同时建立数学模型研究不同电流密度、化学计量比和温度下,电压和阳极氢气的下降速率以及传输到阳极的氮气积累量,提出实验与仿真结合的方法深入探究闭口模式下气体的传输规律,结果表明:当氢气摩尔分数为0.75时,电压下降到1.4 V,此时性能明显下降,提出相应吹扫策略:氢气摩尔分数在0.8时吹扫最为有效。

氮气预冷LNG管道温度变化规律算法研究

为研究氮气预冷LNG卸料管道过程中的管道顶、底温度变化规律,并对管道预冷过程中的顶、底温度变化进行预测计算,利用Fluent软件,建立带π型膨胀弯的LNG管道三维模型,模拟氮气预冷LNG管道过程的温度变化。建立了一维氮气预冷管道计算模型,通过时间与空间的离散化、时间与空间的迭代计算进行模型求解。通过分析LNG管道预冷过程中顶底温差影响因素,推导管道顶底温度理论计算经验关联式,将氮气预冷LNG管道数值模拟结果用于理论计算经验关联式拟合。利用数值模拟结果对经验关联式进行验证,结果表明在拟合数据的样本空间内,利用经验关联式计算管道预冷过程中的顶、底温度误差在10%以内。

竖直波纹流道内超临界氮气流动与传热研究

本工作开展了不同质量流速[G=200~400 kg/(m^(2)·s)]、热流密度(q=200~400 kW/m^(2))和系统压力(P=5~7 MPa)对超临界氮气在竖直波纹流道内流动与传热特性影响的研究,分析了局部对流换热系数和周期平均对流换热系数分布特性,结合场协同原理和浮升力效应分析不同竖直流向之间对流换热系数差异产生的主要原因。结果表明,波纹周期内局部对流换热系数存在波动;周期平均对流换热系数能更好地反映超临界氮气在流道内的整体流动换热特性。提高质量流速可以显著增强换热,削弱流向对换热系数的影响;增加热流密度会降低流道内换热系数,强化流向对换热系数的影响;系统压力接近临界压力会提高流道内换热系数峰值,不同流向换热系数差异受系统压力影响较小;波纹流道内不同流向对流换热系数差异主要是由浮升力效应和场协同效应共同影响产生的。

1T-MoSe_(2)负载过渡金属单原子电催化氮气还原合成氨的理论研究

寻找稳定高效的电催化氮气还原合成氨单原子催化剂受到了理论研究的广泛关注.本文采用密度泛函理论计算对二维1T-MoSe_(2)负载的18种过渡金属单原子催化剂(TM@1T-MoSe_(2),TM=V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,Nb,Mo,Tc,Ru,Rh,Pd,Ta,W,Re,Os,Ir,Pt)的稳定性以及电催化氮气还原合成氨活性和选择性进行了理论评估.计算结果表明,W@1T-MoSe_(2)是最具潜力的电催化氮气还原合成氨单原子催化剂,三个N2分子共吸附于W@1T-MoSe_(2),电催化氮气还原合成氨反应通过远端路径进行,理论限制电位为-0.23 V.此外,N2在W@1T-MoSe_(2)上的多重吸附有效抑制了析氢反应,提高了电催化氮气还原合成氨选择性.这项研究为基于1T-MoSe_(2)的新型单原子催化剂在电催化氮气还原合成氨方面的开发提供了理论依据.

氮气气调与脱氧剂联合处理对赤拟谷盗存活的影响

为明确不同氮气体积分数与脱氧剂联合处理对重要储粮害虫赤拟谷盗各虫态的控制效果,研究了赤拟谷盗的卵、幼虫、蛹和成虫在氮气体积分数78%(对照组)、92%、96%和98%的条件下,分别加入0、0.012、0.024、0.048 g/L的20脱氧剂处理2、4、6、8 d后的存活情况。结果表明:氮气体积分数、脱氧剂剂量和处理时间对赤拟谷盗死亡率有显著影响;在相同脱氧剂剂量处理下,赤拟谷盗各虫态死亡率随氮气体积分数和处理时间增加而增加;在相同氮气体积分数条件下,赤拟谷盗各虫态死亡率随处理时间增加而增加;在相同处理时间下,赤拟谷盗各虫态死亡率随氮气体积分数增加而增加;在氮气体积分数92%、96%和98%条件下,当脱氧剂处理剂量为0.012 g/L时,赤拟谷盗各虫态致死时间最短。总体上脱氧剂与氮气气调联合处理杀虫效果高于单独氮气气调处理。

低渗煤中氮气与二氧化碳气体吸附的表征模型

地质领域常以等温吸附试验为研究方法,探究煤中气体之间的吸附行为。以刘庄矿13煤为研究对象,开展了N_(2)、CO_(2)气体吸附实验,在综合分析拟合回归系数平方R^(2)、模型计算值与实验值的残差平方和v与相对误差s的基础上,选出低渗煤中气体吸附的最佳吸附模型。结果表明:对于低渗煤中N_(2)吸附的模型拟合精度由高到低为:优化L模型>优化D-A模型>优化D-R模型>D-A模型>L模型>D-R模型>F模型;对于低渗煤中CO_(2)吸附的模型拟合精度由高到低为:优化L模型>优化D-A模型=优化D-R模型>D-A模型>L模型>D-R模型>F模型。实验结果可作为低渗煤层中气体吸附及CO_(2)封存提供地质依据。

氮气比例对金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧电压和焊缝成形的影响

目的探索金属粉末再压缩等离子弧焊接中氮气比例对焊缝成形、焊缝硬度的影响规律,指导316L不锈钢金属粉末再压缩等离子弧焊接工艺。方法首先搭建和完善金属粉末再压缩等离子弧焊接实验平台;其次,重点考虑氮气对金属粉末再压缩等离子弧焊接的影响,并根据氮气比例的不同针对性地进行实验设计,实验Ⅰ中氮气体积分数为0,实验Ⅱ中氮气体积分数为8%,实验Ⅲ中氮气体积分数为16%;最后开展焊接实验并对焊接接头进行相关测试和分析。结果当氮气体积分数为16%时,焊缝熔深相较于纯氩气焊接的焊缝熔深增加了1.2 mm,焊缝熔宽增加了1.5 mm。当氮气体积分数为16%时,金属粉末再压缩等离子弧焊接电弧电压平均值为28.47 V,相较于纯氩气时电弧电压平均值增加了0.76 V。与氮气比例为0(即纯氩气)时的标称电弧能量相比,当氮气体积分数为8%和16%时,金属粉末再压缩等离子弧焊接标称电弧能量分别增加了108 W和152 W。当氮气比例为0(即纯氩气)时,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝上表面显微硬度平均值为180.5HV;当氮气体积分数为8%时,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝上表面的显微硬度平均值为181.2HV;当氮气体积分数为16%时,金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝上表面的显微硬度平均值为193.3HV。结论在金属粉末再压缩等离子弧焊接过程中,氮气会提高电弧电压和增大标称电弧能量,氮气可以增加焊缝熔深,同时增加焊缝熔宽。当氮气体积分数不大于8%时,对金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝上表面显微硬度平均值基本没有影响;当氮气比例超过一定数值时,才会对金属粉末再压缩等离子弧焊接焊缝上表面显微硬度平均值影响较大。

纳秒脉冲电压幅值和上升/下降沿时间对大气压氮气DBD均匀性的影响

大气压氮气介质阻挡放电在材料改性、环境保护、消毒灭菌、臭氧合成以及流动控制等领域具有广阔的应用前景,放电均匀性是影响其应用效果的关键。通过电学及光学诊断方法研究了电压幅值、上升/下降沿时间、及重复频率对纳秒脉冲氮气DBD均匀性和放电过程的影响。利用灰度分析方法和等效电路模型定量分析放电图像和电压电流波形,得到放电均匀性和电学微观参数。结果表明:增加电压幅值或重复频率,氮气DBD均匀性呈现不均匀到均匀再到不均匀的变化规律,并且频率较低时的氮气DBD需要更大的电压幅值以实现均匀放电;增大脉冲上升或下降沿时间会导致放电均匀性显著下降,且相比于下降沿,上升沿对放电均匀性影响更大。测量发射光谱对比了不同纳秒脉冲参数下化学活性物种含量的变化,发现增大电压幅值、重复频率均会导致N_(2)各激发态粒子谱线强度增强;脉冲上升沿或下降沿时间的增加使主要粒子谱线强度下降。此研究揭示了纳秒脉冲参数对N_(2)DBD过程影响机制,有利于制备均匀、稳定且高活性的大气压等离子体源。

玉米氮气气调启封后品质变化规律研究

本研究以初始水质量分数13.7%和14.5%的玉米为实验对象,采用99%体积分数的氮气进行气调处理,对启封后的玉米分别在20、25、30℃条件下储藏过程中的抗氧化酶活性等品质进行检测和对比分析。结果表明:气调启封后气调组和对照组玉米游离脂肪酸(FFA)含量、过氧化物酶(POD)均有所下降,FFA含量降幅较明显,启封后储藏180 d气调组和对照组分别降低了2.67~5.34μmol/L和2.09~3.39μmol/L;脂肪酸值、丙二醛含量(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸含量(DHA)等指标呈上升趋势。其中,12组抗氧化酶活性的综合评价得分均大于0.63,表明启封后在20℃条件下储藏6个月的抗氧化酶活性保持效果较好。

LNG-FSRU储罐氮气置换动态模拟及方案优化研究

浮式储存及再气化装置(FSRU)的储罐氮气置换是投产运行前最重要的环节之一。因FSRU需对多个储罐进行氮气置换,常规置换方案氮气消耗量大,为减少资源浪费,基于氮气重复利用工艺,提出了串联置换优化方案,给出串联置换的工艺流程,利用HYSYS动态模拟技术建立FSRU多储罐氮气置换模型并进行验证,对同时置换方案、单罐置换方案和四种串联置换方案进行动态模拟。研究结果表明:串联置换方案可降低罐内初始氧气体积分数,经方案比选得出串联置换方案一为最经济方案,此方案用气量为286 t,置换时间为95 h,相比于同时置换和单罐置换的氮气用量分别可节省35%和31%,可为FSRU多储罐氮气置换方案的制定提供参考。